JP6943796B2 - サスペンションアーム及びサスペンションアームの製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、サスペンションアームに関する。

車両用のサスペンションアームとして、ブッシュ等の保持力を維持するため、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）等の繊維強化樹脂を構成材料として用いたものが知られている（特許文献１参照）。

このサスペンションアームでは、軽量化を図りながら剛性及び強度を高めるために、ブッシュ等の圧入部材が圧入される開口部に金属部材が埋め込まれている。

特開２０１７−１３２３１０号公報

特許文献１のように、金属部材を開口部に埋め込んだ際、金属部材と圧入部材との間に介在する繊維強化樹脂の厚みによっては、樹脂の潰れや剥がれ等によって、圧入部材の保持力が安定しないことがある。

本開示の一局面は、繊維強化樹脂を用いつつ、圧入部材の保持力の安定性を高めることができるサスペンションアームを提供することを目的としている。

本開示の一態様は、少なくとも１つの連結部を備える車両用のサスペンションアームである。少なくとも１つの連結部は、繊維強化樹脂製の基材と、金属製かつ筒状の補強部材と、圧入部材と、を有する。基材は、開口部を有する。補強部材は、基材における開口部の内周面よりも外側に少なくとも一部が埋め込まれる。圧入部材は、開口部に圧入される。開口部の内周面と補強部材の内周面との間に、繊維が存在する。

このような構成によれば、補強部材と圧入部材との間に繊維層が形成されることで、圧入強度の安定性が長期にわたって保証できる。その結果、圧入部材の保持力が安定的に確保できる。

本開示の一態様では、補強部材の軸方向の少なくとも一方の端面は、少なくとも一部が基材に埋め込まれてもよい。このような構成によれば、補強部材が軸方向に抜け落ちることが抑制されるため、圧入部材の保持力の安定性をより高めることができる。

本開示の別の態様は、少なくとも１つの連結部を備える車両用のサスペンションアームの製造方法である。サスペンションアームの製造方法は、繊維強化樹脂製の基材の開口部に圧入部材を圧入する工程を備える。基材には、開口部の内周面よりも外側に金属製かつ筒状の補強部材の少なくとの少なくとも一部が埋め込まれている。圧入後の補強部材の平均内径をＤ１、開口部の平均径をＤ２、圧入後の補強部材の内周面と開口部の内周面との平均距離をＴ１、圧入前の補強部材の平均内径をＤ３、圧入前の前記圧入部材の平均外径をＤ４、圧入前の補強部材の内周面と開口部の内周面との平均距離をＴ２としたとき、圧入する工程において、圧入前に下記式（２）が満たされると共に、圧入後に下記式（１）が満たされる。
Ｄ１≧Ｄ２＋２・Ｔ１ ・・・（１）
Ｄ３＜Ｄ４＋２・Ｔ２ ・・・（２）

このような構成によれば、補強部材と圧入部材との間に繊維層が形成されることで、圧入強度の安定性が長期にわたって保証できる。その結果、圧入部材の保持力が安定的に確保できる。

図１は、実施形態におけるサスペンションアームの模式的な斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線での模式的な断面図である。 図３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、図１のサスペンションアームの連結部における補強部材の模式的な斜視図である。 図４は、図２の部分拡大断面図である。 図５は、圧入部材を圧入する前の図４に対応する模式的な部分拡大断面図である。 図６は、図４とは異なる実施形態の連結部の図４に対応する模式的な部分拡大断面図である。 図７は、図１のサスペンションアームにおける圧入部材を圧入する前の連結部の模式的な斜視図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示すサスペンションアーム１は、サスペンションフレームの車体の幅方向外側に取り付けられ、車輪を懸架する構造部材である。なお、サスペンションフレームは、自動車の車体内で前後方向に延びる２つのサイドメンバに掛け渡されるように取り付けられる構造部材である。サスペンションアーム１は、トレーリングアームとも称される。

サスペンションアーム１は、３つの連結部２Ａ，２Ｂ，２Ｃを備える。３つの連結部２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、それぞれ、サスペンションアーム１の異なる端部に設けられている。３つの連結部２Ａ，２Ｂ，２Ｃには、自動車のサスペンションを構成する構造部材がそれぞれ連結される。

本実施形態では、サスペンションアーム１は、３つの連結部２Ａ，２Ｂ，２Ｃが３つの延伸部１Ａ，１Ｂ，１Ｃによって接続されている。サスペンションアーム１の中央部分には、３つの延伸部１Ａ，１Ｂ，１Ｃによって開口１Ｄが形成されている。

以下では、第１連結部２Ａについて説明する。第２連結部２Ｂ及び第３連結部２Ｃの構成は、サスペンションアーム１における位置を除いて、第１連結部２Ａと同様であるため、詳細な説明は省略する。

第１連結部２Ａは、図２に示すように、基材３と、補強部材４と、圧入部材５とを有する。補強部材４は、基材３に埋め込まれている。圧入部材５は、基材３の開口部６に圧入されている。

＜基材＞
基材３は、繊維強化樹脂で形成されており、サスペンションアーム１の端部を構成する部位である。基材３は、本体部３Ａと、平坦部３Ｂと、延伸部３Ｃとを有する。

本体部３Ａは、径が一定の開口部６を有する円筒体である。開口部６には、圧入部材５が圧入されている。つまり、開口部６の内周面６Ａは、圧入部材５の外周面５Ａと当接している。圧入部材５は、本体部３Ａの軸方向の第１端部（図２の上端部）から第２端部（図２の下端部）に向かって圧入される。

平坦部３Ｂは、本体部３Ａの第１端部から径方向外側に延伸した平坦な板状の部位である。平坦部３Ｂの板面は、基材３の中心軸方向（つまり圧入部材５の圧入方向）に対して垂直である。平坦部３Ｂは、サスペンションアーム１の複数の連結部２Ａ，２Ｂ，２Ｃ同士を接続する骨格も構成している。

延伸部３Ｃは、平坦部３Ｂにおける本体部３Ａとは反対側の端部から、圧入部材５の圧入方向に延伸する板状の部位である。延伸部３Ｃは、サスペンションアーム１の側壁も構成している。

基材３を構成する繊維強化樹脂（ＦＲＰ）は、マトリックス樹脂と、マトリックス樹脂中に保持された繊維とを含む。基材３は、一定の長さの繊維（いわゆる強化繊維）にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートの成形によって得られる。

マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂が使用される。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノール樹脂、ポリウレタン、シリコン等が挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、熱可塑性ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリイミド等が挙げられる。

基材３を構成する繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、樹脂繊維等が挙げられる。この中でも炭素繊維が好ましい。また、基材３は、複数種の繊維を含んでいてもよい。

＜補強部材＞
補強部材４は、図２に示すように、金属で形成された円筒状の部材である。補強部材４は、筒状部４Ａと、鍔部４Ｂとを有する。

筒状部４Ａは、内径及び外径が一定の円筒体である。筒状部４Ａは、基材３の本体部３Ａにおける開口部６の内周面６Ａよりも外側に、径方向内側の一部が埋め込まれている。また、筒状部４Ａは、本体部３Ａと同軸に配置されている。

つまり、筒状部４Ａの内周面４Ｃは、開口部６の内周面６Ａから径方向外側に一定距離離間した位置に配置され、基材３の本体部３Ａ内に埋設されている。そのため、筒状部４Ａの内周面４Ｃは開口部６内に露出せず、圧入部材５と当接していない。

また、筒状部４Ａの軸方向の第２端部（図２の下端部）は、端面４Ｄの一部（つまり径方向の内側の部分）が本体部３Ａに埋め込まれている。換言すれば、基材３の本体部３Ａの第２端部は、筒状部４Ａの第２端部よりも軸方向外側に延伸している。

鍔部４Ｂは、筒状部４Ａの軸方向の第１端部（図２の上端部）から径方向外側に延伸した円環状の部位である。鍔部４Ｂは、基材３の平坦部３Ｂと平行に延伸しており、平坦部３Ｂに厚み方向の一部が埋め込まれている。

具体的には、鍔部４Ｂは、平坦部３Ｂにおける本体部３Ａと延伸部３Ｃとに挟まれた側に埋め込まれている。また、鍔部４Ｂの筒状部４Ａとは反対側の端面４Ｅは、厚み方向において筒状部４Ａから遠い部分が平坦部３Ｂに埋め込まれている。

補強部材４は、図３Ａに示すように、筒状部４Ａを径方向に貫通する複数の貫通孔１４Ａをさらに有してもよい。また、補強部材４は、筒状部４Ａの内周面から径方向内側に突出する複数の凸条１４Ｂ（図３Ｂ参照）、又は内周面において径方向外側に凹む複数の溝１４Ｃ（図３Ｃ参照）をさらに有してもよい。複数の凸条１４Ｂ及び複数の溝１４Ｃは、それぞれ、筒状部４Ａの周方向に沿って環状に形成されている。

複数の貫通孔１４Ａ、複数の凸条１４Ｂ、複数の溝１４Ｃ又はこれらの組み合わせを補強部材４が有することによって、補強部材４と基材３との接合面積が増え、両者間の接合強度を高めることができる。

補強部材４を構成する金属としては、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、鋳鉄、チタン、チタン合金等が挙げられる。補強部材４は、例えば、基材３のプレス成型時に基材３内に埋め込まれる。また、補強部材４は、防錆を目的とした表面処理が施されてもよい。

＜圧入部材＞
圧入部材５は、図２に示すように、開口部６に圧入されている。圧入部材５としては、例えば、カラー、ブッシュ、ボールジョイント等の、繰り返し荷重や振動が負荷される部材が挙げられる。

圧入部材５の外周面５Ａの材質としては、金属、樹脂等が挙げられる。

＜基材と補強部材との関係＞
サスペンションアーム１では、図４に示すように、補強部材４の平均内径をＤ１、開口部６の平均径をＤ２、補強部材４の内周面４Ｃと開口部６の内周面６Ａとの平均距離をＴ１としたとき、下記式（１）が成り立つ。
Ｄ１≧Ｄ２＋２・Ｔ１ ・・・（１）

そのため、開口部６の内周面６Ａ（つまり圧入部材５の外周面５Ａ）と、補強部材４（つまり筒状部４Ａ）の内周面４Ｃとの開口部６の径方向における平均距離は、繊維３Ｆの平均径以上である。なお、補強部材４の平均内径Ｄ１は、基材３の本体部３Ａの外径未満である。

本実施形態では、厚み方向に２列の繊維３Ｆを配置した繊維強化樹脂シートを用いて基材３を形成している。そのため、基材３は本体部３Ａの端部から延伸部３Ｃの端部まで、略一様に２列の連続した繊維３Ｆが配置されている。また、本体部３Ａのうち、補強部材４が埋め込まれている部分では、他の部分よりも径方向内側に繊維３Ｆの列が補強部材４によってシフトされている。

そのため、開口部６と補強部材４との間には、少なくとも１列（図４では２列）の繊維３Ｆが配置されている。各繊維３Ｆは、補強部材４の周方向に沿って延伸しており、補強部材４によって切断されていない。

なお、開口部６の開口形状は、真円に限らず、楕円や多角形であってもよい。つまり、基材３の本体部３Ａ及び補強部材４は、楕円筒や角筒であってもよいし、圧入部材５の外形は、楕円や多角形であってもよい。

開口部６の開口形状が真円でない場合、開口部６の平均径Ｄ２は、開口部６の断面積Ｓと等面積の真円の径（つまり真円換算径Ｄ＝（Ｓ／π）^１／２×２）を軸方向に平均したものを意味する。補強部材４が円筒でない場合の補強部材４の平均径Ｄ１は、同様に、真円換算径を平均したものを意味する。

［１−２．製造方法］
次に、サスペンションアーム１の製造方法について説明する。
サスペンションアーム１の製造方法は、複数の連結部２Ａ，２Ｂ，２Ｃそれぞれの開口部６に圧入部材５を圧入する工程を備える。

圧入工程では、図５に示すように、補強部材４が埋め込まれた基材３に対し、圧入部材５を圧入する。圧入部材５の圧入前の状態において、補強部材４の平均内径をＤ３、圧入部材５の平均外径をＤ４、補強部材４の内周面４Ｃと開口部６の内周面６Ａとの平均距離をＴ２としたとき、下記式（２）が成り立つ。
Ｄ３＜Ｄ４＋２・Ｔ２ ・・・（２）

つまり、補強部材４の平均内径Ｄ３は、圧入部材５の平均外径Ｄ４に補強部材４と開口部６との間に存在する繊維３Ｆの層の厚み（つまり並列した繊維３Ｆの径の総計）を加えた値よりも小さくされる。換言すれば、圧入部材５の平均外径Ｄ４は、補強部材４の平均内径Ｄ３から繊維３Ｆの層の厚みを差し引いた値よりも大きくされる。

また、Ｔ１＜Ｔ２である。つまり、繊維層は圧入部材５の圧入によって圧縮される。なお、圧入前の補強部材４の平均内径Ｄ３は、圧入後の補強部材４の平均内径Ｄ１とは必ずしも一致しない。

［１−３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）上記式（１）と式（２）とを満たすことによって、補強部材４と圧入部材５との間に繊維層が形成され、圧入強度の安定性が長期にわたって保証できる。その結果、圧入部材の保持力が安定的に確保できる。

（１ｂ）補強部材４の軸方向の少なくとも一方の端面４Ｄの一部が基材３に埋め込まれているので、補強部材４が軸方向に抜け落ちることが抑制される。その結果、圧入部材５の保持力の安定性をより高めることができる。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（２ａ）開口部６の内周面６Ａと補強部材４の内周面４Ｃとの間に存在する繊維３Ｆは、必ずしも開口部６の周方向に沿って延伸していなくてもよい。繊維３Ｆは、例えば、径方向や軸方向に沿って延伸していてもよい。

（２ｂ）上記実施形態のサスペンションアーム１において、補強部材４の軸方向の少なくとも一方の端面４Ｄは、必ずしも基材３に埋め込まれなくてもよい。つまり、補強部材４の軸方向の端面４Ｄが、基材３の軸方向外側に突出していてもよい。

（２ｃ）上記実施形態のサスペンションアーム１において、図６に示すように、補強部材４は、その全体が基材３に埋め込まれてもよい。図６の連結部２Ａでは、補強部材４の筒状部４Ａの全体が基材３の本体部３Ａに埋め込まれ、鍔部４Ｂの全体が基材３の平坦部３Ｂに埋め込まれている。また、補強部材４の軸方向の端面４Ｄも全体が基材３に埋め込まれている。

図６の連結部２Ａでは、図７に示すように、本体部３Ａの第２端部には、第１端部に向かって凹んだ切欠き３Ｄを形成するとよい。切欠き３Ｄにおいて補強部材４の端面４Ｄを露出させることで、補強部材４の基材３に対する位置決めを容易に行うことができる。

（２ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…サスペンションアーム、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…延伸部、１Ｄ…開口、
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…連結部、３…基材、３Ａ…本体部、３Ｂ…平坦部、３Ｃ…延伸部、
３Ｄ…切欠き、３Ｆ…繊維、４…補強部材、４Ａ…筒状部、４Ｂ…鍔部、
４Ｃ…内周面、４Ｄ，４Ｅ…端面、５…圧入部材、５Ａ…外周面、６…開口部、
６Ａ…内周面、１４Ａ…貫通孔、１４Ｂ…凸条、１４Ｃ…溝。

Claims (9)

1. 少なくとも１つの連結部を備える車両用のサスペンションアームであって、
   前記少なくとも１つの連結部は、
   開口部を有する繊維強化樹脂製の基材と、
   前記基材における前記開口部の内周面よりも外側に少なくとも一部が埋め込まれた金属製かつ筒状の補強部材と、
   前記開口部に圧入された圧入部材と、
   を有し、
   前記開口部の内周面と前記補強部材の内周面との間に、前記繊維強化樹脂に含まれる繊維が存在し、
   前記補強部材の径方向外側の一部は、前記基材から露出する、サスペンションアーム。
2. 少なくとも１つの連結部を備える車両用のサスペンションアームであって、
   前記少なくとも１つの連結部は、
   開口部を有する繊維強化樹脂製の基材と、
   前記基材における前記開口部の内周面よりも外側に少なくとも一部が埋め込まれた金属製かつ筒状の補強部材と、
   前記開口部に圧入された圧入部材と、
   を有し、
   前記開口部の内周面と前記補強部材の内周面との間に、前記繊維強化樹脂に含まれる繊維が存在し、
   前記補強部材は、
   筒状部と、
   前記筒状部に設けられた貫通孔又は凹凸と、
   を有する、サスペンションアーム。
3. 請求項１又は請求項２に記載のサスペンションアームであって、
   前記補強部材の軸方向の少なくとも一方の端面は、少なくとも一部が前記基材に埋め込まれる、サスペンションアーム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のサスペンションアームであって、
   前記圧入部材は金属製である、サスペンションアーム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のサスペンションアームであって、
   前記繊維は、前記補強部材の周方向に沿って延伸する、サスペンションアーム。
6. 少なくとも１つの連結部を備える車両用のサスペンションアームの製造方法であって、
   繊維強化樹脂製の基材の開口部に圧入部材を圧入する工程を備え、
   前記基材には、前記開口部の内周面よりも外側に金属製かつ筒状の補強部材の少なくとも一部が埋め込まれており、
   前記補強部材の径方向外側の一部は、前記基材から露出し、
   圧入後の前記補強部材の平均内径をＤ１、前記開口部の平均径をＤ２、圧入後の前記補強部材の内周面と前記開口部の内周面との平均距離をＴ１、圧入前の前記補強部材の平均内径をＤ３、圧入前の前記圧入部材の平均外径をＤ４、圧入前の前記補強部材の内周面と前記開口部の内周面との平均距離をＴ２としたとき、前記圧入する工程において、圧入前に下記式（２）が満たされると共に、圧入後に下記式（１）が満たされる、サスペンションアームの製造方法。
   Ｄ１≧Ｄ２＋２・Ｔ１ ・・・（１）
   Ｄ３＜Ｄ４＋２・Ｔ２ ・・・（２）
7. 少なくとも１つの連結部を備える車両用のサスペンションアームの製造方法であって、
   繊維強化樹脂製の基材の開口部に圧入部材を圧入する工程を備え、
   前記基材には、前記開口部の内周面よりも外側に金属製かつ筒状の補強部材の少なくとも一部が埋め込まれており、
   前記補強部材は、
   筒状部と、
   前記筒状部に設けられた貫通孔又は凹凸と、
   を有し、
   圧入後の前記補強部材の平均内径をＤ１、前記開口部の平均径をＤ２、圧入後の前記補強部材の内周面と前記開口部の内周面との平均距離をＴ１、圧入前の前記補強部材の平均内径をＤ３、圧入前の前記圧入部材の平均外径をＤ４、圧入前の前記補強部材の内周面と前記開口部の内周面との平均距離をＴ２としたとき、前記圧入する工程において、圧入前に下記式（２）が満たされると共に、圧入後に下記式（１）が満たされる、サスペンションアームの製造方法。
   Ｄ１≧Ｄ２＋２・Ｔ１ ・・・（１）
   Ｄ３＜Ｄ４＋２・Ｔ２ ・・・（２）
8. 請求項６又は請求項７に記載のサスペンションアームの製造方法であって、
   前記圧入部材は金属製である、サスペンションアームの製造方法。
9. 請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のサスペンションアームの製造方法であって、
   前記開口部の内周面と前記補強部材の内周面との間に、前記繊維強化樹脂に含まれる繊維が存在し、
   前記繊維は、前記補強部材の周方向に沿って延伸する、サスペンションアームの製造方法。

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